China entwickelt superstarke Seidenfasern, die sechsmal stärker sind als Kevlar

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Chinesische Wissenschaftler haben die erste vollständige Spinnenseidenfaser aus genetisch veränderten Seidenraupen synthetisiert, die stärker ist als „die meisten natürlichen und synthetischen Fasern“ wie beispielsweise Kevlar.

Spinnenseide, produziert von gentechnisch veränderten Seidenraupen. Foto: Mi Junpeng — Spinnenseide, produziert von gentechnisch veränderten Seidenraupen. Foto: *Mi Junpeng*

In einer am 20. September in der Fachzeitschrift Matter veröffentlichten Studie berichteten Wissenschaftler der Donghua-Universität in Shanghai, dass Spinnenseidefasern sowohl eine hohe Zugfestigkeit als auch eine außergewöhnliche Zähigkeit aufweisen. Die Zähigkeit von Spinnenseide ist sechsmal höher als die von Kevlar und die Zugfestigkeit (die Fähigkeit, Spannungen im gedehnten Zustand standzuhalten) höher als die von Nylon. Mi Junpeng, der Hauptautor der Studie, erklärte, die neuen Fasern hätten vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, darunter chirurgisches Nahtmaterial, kugelsichere Kleidung, intelligente Materialien und die Luft- und Raumfahrttechnik.

Das Team nutzte die Genschere CRISPR-Cas9, um Seidenraupeneier genetisch zu verändern, indem es ein Gen für Spinnenseidenproteine einfügte. Diese Veränderung ließ die Augen der Seidenraupen unter einem Fluoreszenzmikroskop leuchten. Um sicherzustellen, dass die genetisch veränderten Seidenraupen Spinnenproteine produzierten, mussten die Forscher zunächst die Struktur der Seide besser verstehen. Sie verwendeten ein Modell der Seidenstruktur, das in Experimenten erfolgreich getestet worden war.

Eine der größten Herausforderungen bestand laut Mi darin, herauszufinden, wie man die Spinnenproteine so „lokalisieren“ kann, dass sie mit den Proteinen der Seidenraupe interagieren können. Durch Modellierung konnten sie besser verstehen, welche Modifikationen für eine effektive Integration erforderlich sind. Auch das Sammeln erfolgreich modifizierter Seidenraupen sei eine Herausforderung gewesen, da man bis zu 100 Eier brauche, um einige gentechnisch veränderte Seidenraupen zu erhalten, so Mi. Seidenraupen benötigen zudem regelmäßige Pflege, da sie mehrmals täglich fressen.

Spinnenseide ist umweltfreundlich, stärker und flexibler als synthetische Fasern wie Nylon und Kevlar, deren Herstellung viel Energie erfordert und die Umwelt belastet. Spinnenseide ist außerdem stärker und weniger spröde als natürliche Seide von Seidenraupen. Die Produktion von Spinnenseide im großen Maßstab ist jedoch schwierig, da Spinnen Kannibalen sind und nicht in großer Zahl nebeneinander gezüchtet werden können.

Künstliche Spinnenseide ist nicht ideal, da selbst modernste Produktionsmethoden die natürliche Struktur nicht vollständig nachahmen können, da Forscher den Mechanismus des Seidenspinnens noch nicht vollständig verstehen. Seide besitzt zudem eine natürliche Schutzschicht, die sich nicht künstlich nachbilden lässt. Da die Drüsen von Seidenraupen und Spinnen ähnliche Eigenschaften aufweisen, behält die vom Forschungsteam produzierte Seide ihre strukturellen Eigenschaften und ihre Schutzschicht.

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